Новые межатомные потенциалы для анализа механизмов фазовых и структурных превращений металлов в экстремальных состояниях

• Автор: Стариков, Сергей Валерьевич
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Долгопрудный
• Количество страниц: 85 с. : ил.

Оглавление

1 Обзор литературы

1.1 Молекулярно-динамическое моделирование

1.2 Межатомные потенциалы

1.3 Плавление металлов при высоких давлениях

1.4 Механизм лазерной абляции

1.5 Радиационные дефекты в молибдене

2 Разработка межатомных потенциалов

2.1 Разработка потенциала перекрестного взаимодействия в системе металл-

аргоп

2.2 Особенности процедуры force-matching

2.3 ЕАМ-потенциал для системы молибден-ксенон
2.4 ЕАМ-потенциал для золота зависящий от электронной температуры .
3 Моделирование процессов плавления и предплавления металлов
при высоком давлении
3.1 Расчет кривых плавления металлов при высоком давлении
3.2 Предпдавление металлов при высоком давлении
3.3 Влияние анизотропии давления на характеристики предплавления . .
4 Моделирование процессов в золоте происходящих под воздействием импульсного лазерного излучения
4.1 Изменение термодинамических свойств золота с увеличением электронной температуры
4.2 Особенности моделирования процесса абляции
4.3 Нанооткол и два типа лазерной абляции возникающие на разных масштабах

5 Моделирование эволюции структуры молибдена после облучения высокоэнергичными частицами
5.1 Энергетическая иерархия дефектов
5.2 Зависимость коэффициента диффузии дефектов от температуры . .
. 5.3 Особенности моделирования каскада и эволюция облученной системы

Введение
Диссертация посвящена атомистическому моделированию фазовых и структурных изменений в металлах (железо, алюминий, золото, молибден) при экстремальных условиях. На примере анализа таких явлений, как поверхностное предплав-ление, лазерная абляция и эволюция треков тяжелых ионов, показано, что атомистическое моделирование позволяет исследовать механизмы фазовых и структурных превращений металлов в экстремальных состояниях при наличии адекватного потенциала межатомного взаимодействия. Классические модели межатомных потенциалов для описания свойств конденсированных сред имеют границы применимости и выбор модели должен учитывать характерные особенности физического явления. В работе даны примеры создания межатомных потенциалов на основе универсальной методики, основанной па использовании результатов квантовомеханических расчетов в рамках теории функционала электронной плотности.
Актуальность работы
Актуальность работы обусловлена необходимостью разработки иовых межатомных потенциалов для моделирования процессов в экстремальных условиях (см., например, [1-3]). Круг явлений, для которых были созданы потенциалы, включает в себя различные приложения физики конденсированного состояния: плавление и предплавление вещества при высоких давлениях, лазерная абляция и эволюция радиационных повреждений в металле. Каждая из рассмотренных задач содержит свои актуальные вопросы.
Кривые плавление металлов при высоких давлениях содержат ценную информацию для исследований в гео- и астрофизике. Например, знание кривой плавления железа полезно при изучении состояния ядра Земли [4,5]. В физике высоких давлений известна проблема существования противоречий между ударно-волновыми и статическими измерениями кривой плавления для ряда металлов (железо, молибден и др.). Решение этой проблемы имеет принципиальное значение для исследований

[110]
* DFT Han et al.
» EAM Новый потенциал
* Q,deg

Рис. 2.8: Относительная энергия образования О-дефекта в зависимости от ориентации (т.е. при преобразовании дефекта Ц< 111 > в О<110>) полученная в работе [9] и при молекулярно-динамическом моделировании с новым потенциалом.

Энергия иона, эВ
Рис. 2.9: Выход атомов молибдена (YIELD) при облучении ионами ксенона (экспериментальные данные смотрите, например, в [78]). Для МД-моделирования представлены данные по выбиванию молибдена атомами ксенона.